Giáo án MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Bài thí nghiệm giới thiệu cho sinh viên phương pháp thực hiện thí nghiệm có tải của máy điện một chiều (kích từ độc lập, kích từ song song) nhằm xây dựng đặc tuyến cơ, tính toán hiệu suất, moment ngõ ra của động cơ, đồng thời kiểm chứng lý thuyết về phản ứng phần ứng của máy điện một chiều. Sinh viên cũng được làm quen với nguyên tắc thống kê trong thu thập dữ liệu, để đảm bảo độ tin cậy nhất định của dữ liệu thí nghiệm.Bài thí nghiệm giới thiệu cho sinh viên phương pháp thực hiện thí nghiệm có tải của máy điện một chiều (kích từ độc lập, kích từ song song) nhằm xây dựng đặc tuyến cơ, tính toán hiệu suất, moment ngõ ra của động cơ, đồng thời kiểm chứng lý thuyết về phản ứng phần ứng của máy điện một chiều. Sinh viên cũng được làm quen với nguyên tắc thống kê trong thu thập dữ liệu, để đảm bảo độ tin cậy nhất định của dữ liệu thí nghiệm.Bài thí nghiệm giới thiệu cho sinh viên phương pháp thực hiện thí nghiệm có tải của máy điện một chiều (kích từ độc lập, kích từ song song) nhằm xây dựng đặc tuyến cơ, tính toán hiệu suất, moment ngõ ra của động cơ, đồng thời kiểm chứng lý thuyết về phản ứng phần ứng của máy điện một chiều. Sinh viên cũng được làm quen với nguyên tắc thống kê trong thu thập dữ liệu, để đảm bảo độ tin cậy nhất định của dữ liệu thí nghiệm.

BÀI 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Bài thí nghiệm giới thiệu cho sinh viên phương pháp thực hiện thí nghiệm có tải của máy điện một chiều (kích từ độc lập, kích từ song song) nhằm xây dựng đặc tuyến cơ, tính toán hiệu suất, moment ngõ ra của động cơ, đồng thời kiểm chứng lý thuyết về phản ứng phần ứng của máy điện một chiều Sinh viên cũng được làm quen với nguyên tắc thống kê trong thu thập dữ liệu, để đảm bảo độ tin cậy nhất định của dữ liệu thí nghiệm

1 Giới thiệu máy điện một chiều:

Máy điện một chiều có phần cảm trên stator (phần kích từ đứng yên), và phần ứng trên rotor (phần chuyển động quay) Phần cảm tạo từ thông kích từ bằng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện một chiều

Hình 5 1 - Hình ảnh máy điện một chiều

Ở chế độ động cơ, nguồn điện một chiều được cấp vào phần ứng, máy điện một chiều biến đổi điện năng thành cơ năng làm quay rotor để kéo tải cơ

Hình 5 2 - Mạch tương đương động cơ một chiều (kích từ độc lập)

Ngược lại, ở chế độ máy phát, máy điện một chiều sẽ biến đổi nguồn cơ năng kéo quay rotor thành nguồn điện áp một chiều trên phần ứng để cấp cho tải điện

Va

Ra

Ia

G.  .If = E

If

Rkt

Vf

Hình 5 3 - Mạch tương đương động cơ một chiều (kích từ song song)

2 Thí nghiệm với Máy điện một chiều

THÍ NGHIỆM 1: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TÙ ĐỘC LẬP- THÍ NGHIỆM CÓ TẢI

 Mục tiêu: Tính hiệu suất; xây dựng đặc tuyến hiệu suất theo công suất đầu ra; xây dựng đặc

tuyến cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập trong hai trường hợp:

o Điện áp phần ứng là hằng số, kích từ thay đổi

o Điện áp phần ứng thay đổi, kích từ là hằng số

 Phương pháp: Theo mạch tương đương của động cơ ở Hình 5 2, tiến hành thí nghiệm có tải

để xây dựng đặc tuyến cơ (=f(Mđt)) theo phương trình sau: (Mđt = Te: moment điện từ)

2.M

dt

E

   

Điện áp phần ứng là hằng số, kích từ thay đổi Điện áp phần ứng thay đổi, kích từ là hằng số

 Thực hiện:

o Điện áp phần ứng là hằng số, kích từ thay đổi: Cấp nguồn phần ứng là định mức, cấp

nguồn kích từ thay đổi (trong bài thí nghiệm này lần lượt bằng định mức và bằng 80%

Va

Ra

G.  .If = E



f

If

Rkt

định mức), cho tăng dần tải để dòng điện phần ứng từ 0 đến định mức: tiến hành đo

tốc độ , công suất đầu ra của động cơ (P2) để tính moment đầu ra

o Điện áp phần ứng thay đổi, kích từ thay đổi: Cấp nguồn phần kích từ là định mức, cấp

nguồn phần ứng thay đổi (trong bài thí nghiệm này bằng định mức và bằng 80% định mức), cho tăng dần tải để dòng điện phần ứng từ 0 đến giá trị được yêu cầu: tiến hành

đo tốc độ , công suất đầu ra của động cơ (P2) để tính moment đầu ra

- Công thức tính toán:

o Hiệu suất: 2

a a rot Fe a a a a rot Fe

P

E I



THÍ NGHIỆM 2: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG - THÍ NGHIỆM CÓ TẢI

 Mục tiêu: Khảo sát đặc tính tốc độ theo tải của động cơ DC kích từ song song

 Phương pháp: Theo mạch tương đương của động cơ ở Hình 5 3, tiến hành thí nghiệm có tải

để xây dựng đặc tuyến n = f(Ia) theo phương trình sau:

f

V I R n

GI





Đặc tuyến n = f(Ia) có dạng như sau: đặc tuyến (2)

Hình 5 4 - Đặc tính n = f(I a ) của động cơ DC kích từ song song khi mang tải

Khi Ia còn ở các giá trị thấp, đặc tuyến có dạng đường thẳng Khi Ia đủ lớn, do phản ứng phần ứng tăng lên nên từ thông tổng giảm, dẫn đến tốc độ khi mang tải lúc đó lớn hơn đặc tuyến lý thuyết (đường (1))

n đm

n

0

I a

(2)

(1)

 Thực hiện: Cấp nguồn định mức cho động cơ, tăng dần dòng tải của máy phát DC (máy phát

DC dùng làm tải cho động cơ DC) để tăng dần dòng điện phần ứng của động cơ, tiến hành đo

tốc độ , dòng điện ngõ vào, dòng điện phần ứng

1 Bộ máy điện một chiều: gồm hai máy DC nối đồng trục với nhau

2 Bộ nguồn ba pha – một pha – DC:

 Tổng quan bộ nguồn:

 Nguồn cung cấp chính là nguồn ba pha bốn dây

 Hướng dẫn khởi động bộ nguồn: Gạt chìa khóa nguồn sang mức I; bật ON CB chống

giật ở giữa bộ nguồn; bật ON MCCB ba pha 4 dây (2 MCCB MAINS); chuyển cần gạt a0b sang vị trí b; kiểm tra các con chạy ở mức MIN, CB cấp nguồn các khối con ở mức OFF (vị trí O), nhấn nút START

 Khối nguồn chính:

o Cung cấp nguồn ba pha cố định: 380V (L1 – L2 - L3)

o Cung cấp nguồn AC một pha cố định: 220V (từ các ổ cắm điện bên dưới bộ nguồn)

 Khối nguồn 3 pha chỉnh được (khối 0 – 430V/ 5A)

Cung cấp nguồn ba pha thay đổi được: 0  430V, dòng điện ngõ ra tối đa là 5A, chỉnh bằng con chạy, trên con chạy hiển thị là phần trăm của điện áp tối đa (tính theo

áp dây)

 Khối nguồn DC (dùng cho kích từ máy điện DC)

o Cung cấp nguồn DC: chỉnh lưu từ nguồn AC một pha

o Tầm cung cấp: 0  225V (DC), dòng điện tối đa 1A

o Có relay nhiệt bảo vệ

 Khối nguồn DC (dùng cho phần ứng động cơ DC)

o Cung cấp nguồn DC: chỉnh lưu từ nguồn AC một pha

o Tầm cung cấp: 0  240V (DC), dòng điện tối đa 10A

3 Thiết bị đo dòng điện DC – 5A:

 Nguồn cung cấp cho thiết bị: 220V (AC)

 Tầm đo: 5A (DC)

 Cấp chính xác: 0.5% toàn tầm

4 Thiết bị đo điện áp DC:

o Nguồn cung cấp cho thiết bị: 220V (AC)

o Tầm đo: 500V (DC)

o Cấp chính xác: 0.5% toàn tầm

5 Thiết bị đo tốc độ:

o Nguồn cung cấp cho thiết bị: 220V (AC)

o Tầm đo: 3000 vòng/ phút

o Cấp chính xác: 0.1% toàn tầm

6 Bộ tải điện trở:

Thông số tải điện trở:

o Công suất 750W

o Gồm 10 nấc điện trở mắc song song

o Có quạt tản nhiệt, cần chú ý bật quạt trước khi đóng tải.

7 Bộ chỉnh kích từ cho máy phát DC: sử dụng chỉnh lưu theo sơ đồ nguyên lý sau

220V~

Variac

V f

Chỉnh lưu

8 Bộ dây nối

 Đầu nối banana chống giật

 Chịu được dòng điện tối đa là 15A

 Có các chiều dài: 0.25m; 0.5m, 1.0m; 1.5m

BẢNG KÝ HIỆU

VGa V Điện áp phần ứng máy phát DC

VMa V Điện áp phần ứng động cơ DC

VGf V Điện áp phần kích từ máy phát DC

VMf V Điện áp phần kích từ động cơ DC

Ea V Sức điện động Ea = G.If. = Va-Ra.Ia

Ia A Dòng điện phần ứng

If A Dòng điện kích từ

a a

R

I





Rf  Điện trở phần kích từ

f Wb Từ thông kích từ

G V.s/(rad.A) Hằng số

a f

E G I





Te N.m Moment điện từ Te = G.Ia If

 rad/s Tốc độ góc động cơ

n vòng/phút Tốc độ động cơ





2

60

n

GHI NHẬN THÔNG SỐ TRÊN NHÃN MÁY:

Sinh viên tiến hành đọc nhãn máy của bộ thí nghiệm máy điện một chiều Ghi nhận vào Bảng 5 1

Bảng số liệu này là căn cứ để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo

Bảng 5 1– Bảng thông số ghi nhận từ nhãn máy

Điện áp phần ứng định mức (VMa) Điện áp phần ứng định mức (VGa)

Điện áp kích từ định mức (VMf) Điện áp kích từ định mức (VGf)

Dòng điện phần ứng định mức (IMa) Dòng điện phần ứng định mức (IGa)

Tốc độ định mức (n) Tốc độ định mức (n) Công suất đầu ra (P2) Công suất đầu ra (P2)

THÍ NGHIỆM 1: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP – THÍ NGHIỆM CÓ TẢI.

Mục đích thí nghiệm: Tính hiệu suất; xây dựng đặc tuyến hiệu suất theo công suất đầu ra; xây dựng

đặc tuyến cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập

Sơ đồ thí nghiệm: Hình 5 5

Tiến hành thí nghiệm:

Thực hiện các bước sau:

1 Kiểm tra và đảm bảo các CB của tổ hợp nguồn đều ở trạng thái ngắt (OFF) Điều chỉnh tất cả nguồn điện về vị trí 0 (xoay ngược chiều kim đồng hồ đến cận trái) Tắt tất cả công tắc trên tải

2 Đấu dây theo sơ đồ nguyên lý Hình 5 5 Các thiết bị đo (volt kế, ampe kế, thiết bị đo tốc

độ…) cấp nguồn 220V (AC) từ khối nguồn MAIN trên bộ nguồn (L3 – N) Nhờ GVHD kiểm

tra mạch trước khi đóng nguồn điện

3 Khởi động bộ nguồn ba pha như hướng dẫn ở phần đầu của tài liệu HDTN Đóng nguồn điện

(nhấn START) và tiến hành thí nghiệm:

 Cấp nguồn điện áp phần kích từ (Vf) của động cơ sơ cấp bằng định mức và giữ không đổi

 Cấp nguồn cho phần ứng của động cơ sơ cấp: chỉnh từ nguồn 240V, 10A, bằng với giá trị

định mức của phần ứng động cơ thì dừng Chú ý: giữ giá trị này không thay đổi trong suốt quá trình thí nghiệm (khi tăng tải, điện áp nguồn sẽ giảm)

 Cấp nguồn kích từ cho máy phát một chiều: cấp nguồn bằng giá trị định mức

 Tăng dần tải để dòng điện phần ứng máy phát Ia tăng dần (chia Ia theo 10 nấc) Chú ý không tăng thêm tải khi dòng điện phần ứng trên động cơ của tải trước đó lớn hơn giá trị

định mức

(Tăng tải bằng cách ON các công tắc theo thứ tự từ trái qua phải Nếu muốn giảm tải thì OFF các công tắc theo thứ tự từ phải sang trái)

 Đo các đại lượng thí nghiệm Ghi nhận thông số đo lần 1 vào Bảng 5 2.

4 Điều chỉnh nguồn phần ứng của động cơ sơ cấp (nguồn 240 VDC, 10 A) về vị trí 0, điều chỉnh nguồn kích từ máy phát về vị trí 0; ngắt nguồn (nhấn STOP), đợi 5 phút cho động cơ nguội.

5 Thực hiện lại bước 3-4, ghi nhận thông số đo lần 2 vào Bảng 5 2

Hình 5 5 : Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm có tải động cơ một chiều (kích từ độc lập)

6 Thực hiện lại bước 3-5 với điện áp phần ứng là 80% định mức Ghi nhận vào Bảng 5 3

7 Thực hiện lại bước 3-5 với điện áp phần ứng là 80% định mức, điện áp kích từ là 70%

định mức Ghi nhận vào Bảng 5 4

+

-

ĐC

DC

+ -

Nguồn phần ứng

0-240 VDC, 10 A

Nguồn kích từ 0-225 VDC, 1 A

+ - Nguồn chỉnh lưu

+

-

MP

DC

Tải R thay đổi

A

V

V Ma

A

H

V Mf

A

V

J

K

Động cơ một chiều

V

V Gf

J

K

s

A

H

A

Máy phát một chiều

Bảng 5 2 – Bảng thông số đo thí nghiệm có tải động cơ DC (điện áp phần ứng là định mức)

Tải

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Bảng 5 3 - Bảng thông số đo thí nghiệm có tải động cơ DC (điện áp phần ứng là 80% định mức)

Tải

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Bảng 5 4 - Bảng thông số đo thí nghiệm có tải động cơ một chiều (kích từ bằng 70% định mức)

Tải

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

THÍ NGHIỆM 2: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG - THÍ NGHIỆM CÓ TẢI

Mục đích thí nghiệm: Khảo sát đặc tính tốc độ theo tải của động cơ DC kích từ song song

Sơ đồ thí nghiệm: Hình 5 6

Tiến hành thí nghiệm:

Thực hiện các bước sau:

1 Kiểm tra và đảm bảo các CB của tổ hợp nguồn đều ở trạng thái ngắt (OFF) Điều chỉnh tất cả nguồn điện về vị trí 0 (xoay ngược chiều kim đồng hồ đến cận trái) Tắt tất cả công tắc trên tải

2 Đấu dây theo sơ đồ nguyên lý Hình 5 6 Các thiết bị đo (volt kế, ampe kế, thiết bị đo tốc

độ…) cấp nguồn 220V (AC) từ khối nguồn MAIN trên bộ nguồn (L3 – N) Nhờ GVHD kiểm

tra mạch trước khi đóng nguồn điện

3 Khởi động bộ nguồn ba pha như hướng dẫn ở phần đầu của tài liệu HDTN Đóng nguồn điện

(nhấn START) và tiến hành thí nghiệm:

 Cấp nguồn cho động cơ DC kích từ song song: chỉnh từ nguồn 240V, 10A, bằng với giá

trị định mức của phần ứng động cơ thì dừng Chú ý: giữ giá trị này không thay đổi trong suốt quá trình thí nghiệm (khi tăng tải, điện áp nguồn sẽ giảm)

 Cấp nguồn kích từ cho máy phát một chiều: cấp nguồn bằng giá trị định mức

 Tăng dần tải để dòng điện phần ứng máy phát Ia tăng dần (chia Ia theo 10 nấc) Chú ý không tăng thêm tải khi dòng điện phần ứng trên động cơ của tải trước đó lớn hơn giá trị

định mức

(Tăng tải bằng cách ON các công tắc theo thứ tự từ trái qua phải Nếu muốn giảm tải thì OFF các công tắc theo thứ tự từ phải sang trái)

 Đo các đại lượng thí nghiệm Ghi nhận thông số đo lần 1 vào Bảng 5 5

Hình 5 6 - Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm có tải động cơ một chiều (kích từ song song)

ĐC

DC

+ -

Nguồn DC 0-240 VDC, 10A

A

+ -

Nguồn chỉnh lưu

+

-

MP

DC

Tải R thay đổi

V

V Gf

J

K

s

A

H

A

Máy phát một chiều

Va

H

A

Động cơ một chiều

J

K

A

V

Ia

4 Điều chỉnh nguồn của động cơ DC về giá trị 0 (nguồn 240 VDC, 10 A) về vị trí 0, điều chỉnh nguồn kích từ máy phát về vị trí 0; tắt tất cả tải; ngắt nguồn (nhấn STOP), đợi 5 phút cho động cơ nguội.

5 Thực hiện lại bước 3-4, ghi nhận thông số đo lần 2 vào Bảng 5 5

Bảng 5 5 – Bảng thông số đo thí nghiệm có tải động cơ một chiều kích từ song song

Tải

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Máy

DC (1)

Máy

DC (2) encoder

Bảng thông số cho trước của các bộ thí nghiệm

Điện trở phần ứng máy một chiều 1 (M/G) 2.3 Ω 3.74 Ω

Điện trở phần ứng máy một chiều 2 (G/M) 2.42 Ω 5.04 Ω

Tổng tổn hao quay và tổn hao lõi (máy 1, xác

định tại tốc độ định mức: 1800 rpm) 65 W 72 W

Tổng tổn hao quay và tổn hao lõi (máy 2, xác

định tại tốc độ định mức: 1800 rpm) 73 W 67 W

Lưu ý:

 Sinh viên phải hoàn thành tất cả các bảng số liệu, kể cả bảng số liệu tính toán và nộp lại cho GVHD kiểm tra trước khi kết thúc buổi thí nghiệm

 Bài chuẩn bị có chữ ký của GVHD được nộp kèm theo bài báo cáo thí nghiệm và để ở cuối mỗi bài báo cáo

 Các bảng số liệu và bài chuẩn bị được chấp nhận phải có chữ ký của GVHD thí nghiệm ngày hôm

đó

 Báo cáo nộp trễ nhất 1 tuần sau khi kết thúc thí nghiệm

 Báo cáo ghi rõ Họ tên, MSSV, Nhóm, Tổ, ngày thực hiện bài thí nghiệm

 Các kết quả đo và kết quả thí nghiệm phải được trình bày rõ ràng, ngắn gọn và đầy đủ các yêu cầu theo bài hướng dẫn báo cáo thí nghiệm

 GV có quyền cho điểm 0 những báo cáo như sau:

o Những bài sao chép lẫn nhau dưới mọi hình thức

o Số liệu báo cáo không trùng khớp với số liệu trên bảng thu thập số liệu của SV

o Không ghi thông tin của sinh viên (Tên, MSSV, nhóm, buổi thí nghiệm)